智能坐便器防虹吸功能的研究與應(yīng)用

黃 瑋

（廈門優(yōu)勝衛(wèi)廚科技有限公司，福建 廈門 361026）

0 前言

智能坐便器必須具備防虹吸的功能，防虹吸功能的作用是當(dāng)坐便器前端的供水管道處于低壓或負(fù)壓狀態(tài)時，防虹吸模塊會切斷水路，確保坐便器系統(tǒng)里面的水不會回流到供水系統(tǒng)中，以免對自來水水源造成污染。由于不同地區(qū)的國家標(biāo)準(zhǔn)對智能坐便器的防虹吸設(shè)計要求也不同，因此該文將針對歐洲市場需求，根據(jù)歐洲區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)，闡述如何設(shè)計符合要求的智能坐便器的防虹吸模塊。

1 歐洲防虹吸標(biāo)準(zhǔn)要求

歐洲的防虹吸測試標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)是BS-EN-1717-2001，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了預(yù)防建筑物內(nèi)飲用水受到污染的方法以及飲用水防倒流保護(hù)裝置的基本要求。在歐洲市場智能坐便器的設(shè)計必須符合BS-EN-1717-2001的要求。

1.1 防范類型要求

飲用水系統(tǒng)裝置除飲用水外不得混合其他流體。當(dāng)設(shè)備連接飲用水使用時，設(shè)備會因流體回流而存在污染飲用水的風(fēng)險。飲用水供給系統(tǒng)中流體回流的主要原因是飲用水供給系統(tǒng)中出現(xiàn)部分真空、壓力下降或者飲用水使用設(shè)備系統(tǒng)中形成的反壓超過飲用水系統(tǒng)中壓力的情況。為了防止回流污染飲用水，必須有相應(yīng)的保護(hù)裝置，以防止受污染流體流入飲用水系統(tǒng)中。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保護(hù)裝置應(yīng)采用空氣氣隙間隔對飲用水進(jìn)行隔離保護(hù)。保護(hù)裝置總成的設(shè)計位置應(yīng)集成到使用設(shè)備上。如果無法集成，則應(yīng)將其安裝在設(shè)備的供水連接處，從而保護(hù)飲用水的水質(zhì)。

EN1717法規(guī)規(guī)定在不同環(huán)境下防虹吸保護(hù)裝置的設(shè)計結(jié)構(gòu)：防護(hù)裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)的選擇（保護(hù)等級與裝置結(jié)構(gòu)原理）取決于設(shè)備使用飲用水系統(tǒng)需要防范的受污染最高風(fēng)險流體的類別。

法規(guī)規(guī)定可能與飲用水接觸的流體類別，按照水質(zhì)的等級劃分5類水：1） 直接由飲用水系統(tǒng)配送用于飲用的水。2） 適合人體飲用且不會對健康造成任何危害的流體，包括飲用水的味道、氣味以及顏色發(fā)生變化。3） 含有一種或多種有害物質(zhì)且會對人體健康造成危害的流體。4） 含有一種或多種有毒物質(zhì)或放射性、引起有機(jī)物突變或致癌物質(zhì)且會對人體健康造成危害的流體。5）含有微生物或毒菌且會對人體健康造成危害的流體。

1.2 保護(hù)裝置類型的選擇

智能坐便器在使用或不使用的過程中，可能接觸清潔身體的廢水和馬桶里的廢水，存在回流到飲用水系統(tǒng)的風(fēng)險。根據(jù)BS-EN-1717-2001標(biāo)準(zhǔn)附錄表 B.1，3.7項(xiàng)清潔身體的廢水與3.9項(xiàng)馬桶里的廢水為5類水可知，保護(hù)裝置適用第5類水，見表1。

表1 EN 1717：2001 標(biāo)準(zhǔn)附錄表B.1

明確需要防護(hù)的為第5類水，根據(jù)BS-EN-1717-2001標(biāo)準(zhǔn)的第5.8節(jié)可以得到適于流體類別的保護(hù)裝置矩陣，表2指出了每一保護(hù)裝置的適用性。其中，指出防范5類水的保護(hù)裝置為AA型、AB型以及AD型，見表2[1]。

表2 EN 1717：2001標(biāo)準(zhǔn)第5.8節(jié)表2

1.3 AA型、AB型AD型簡介及優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)

根據(jù)BS-EN-1717-2001標(biāo)準(zhǔn)的附錄 A（規(guī)范性附錄）可以得到保護(hù)裝置的參考清單。

AA型的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單，其缺點(diǎn)如下：1） 需要單獨(dú)的水箱且智能坐便器對空間與高度的要求較高。2） 發(fā)生溢流時無特定溢流口，溢流無限制。3） 對智能坐便器沖洗需要單獨(dú)供水裝置，例如水泵，如圖1所示。

圖1 EN 1717：2001標(biāo)準(zhǔn)的附A （AA型示意圖）

AB型的優(yōu)點(diǎn)為有單獨(dú)溢流口，適合應(yīng)用在智能坐便器，其缺點(diǎn)如下：1） 需要單獨(dú)水箱，智能坐便器需要有較大的空間與高度。2） 智能坐便器沖洗需要單獨(dú)的供水裝置，例如水泵，如圖2所示。

圖2 EN 1717：2001標(biāo)準(zhǔn)的附A （AB型示意圖）

AD型保護(hù)裝置為噴射型裝置，出水口具有水壓，應(yīng)用在智能坐便器可以不需要單獨(dú)水箱，裝置體積較小，可降低坐便器高度。其缺點(diǎn)為智能坐便器在使用過程中會有大量損失溢流出去的水，低壓沖洗流量較小，如圖3所示。

圖3 EN 1717：2001標(biāo)準(zhǔn)的附A （AD型示意圖）

1.4 確定選擇類型

根據(jù)3種類型特點(diǎn)與實(shí)際情況考慮，智能坐便器推薦使用AB型。AB型裝置對應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為EN13077。

2 AB型防倒流裝置

2.1 設(shè)計原理圖

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 13077：2008第7.2節(jié)可知，AB型裝置設(shè)計原理如圖4所示。

圖4 AB型裝置設(shè)計原理圖

由圖4可知，水系統(tǒng)流動方向從進(jìn)水管進(jìn)入水箱容器中，從出水口流出；當(dāng)出水口與技術(shù)溢流口關(guān)閉時，進(jìn)水口保持進(jìn)水，此時關(guān)閉進(jìn)水口（停止進(jìn)水），2 s后水位達(dá)到臨界水位。這就使直接與壓力飲用水相連接的裝置與下游的用水完全隔開，能夠有效地隔斷下游潛在的污染水因背壓或虹吸等原因逆流到上游飲用水系統(tǒng)中，消除了衛(wèi)浴設(shè)施可能對所連接的飲用水系統(tǒng)造成的污染，從而保障了飲用水系統(tǒng)的安全。

2.2 水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計

防虹吸裝置設(shè)計集成在智能坐便器的內(nèi)部。該防虹吸裝置水箱主要由進(jìn)水部分、出水部分、補(bǔ)氣口、溢流通道、探針液位開關(guān)感應(yīng)器以及控制電路等構(gòu)成。

水箱分別設(shè)計有進(jìn)水口和出水口，且進(jìn)水口設(shè)在水箱的上部，同時也可設(shè)在水箱的頂壁處，也可設(shè)在水箱上部的側(cè)壁中；進(jìn)水口最低位置不得與水箱里面的水接觸，以防止污染水箱上游；進(jìn)水口須固定在水箱里面，位置不能移動。進(jìn)入水箱的水應(yīng)防止因飛濺、起泡而污染進(jìn)水口，在進(jìn)水口下方設(shè)計防濺板，以發(fā)揮防濺作用，也可以使用防濺墻。水流從進(jìn)水口流進(jìn)水箱，先落在防賤板上后流進(jìn)水箱里面并進(jìn)行存水；進(jìn)水口與內(nèi)壁必須有臺階高度差，不應(yīng)與內(nèi)壁齊平，防止因毛細(xì)現(xiàn)象而導(dǎo)致水箱內(nèi)壁水污染進(jìn)水口。

溢流管道進(jìn)口與水箱的內(nèi)腔連通，溢流管道的出口設(shè)在水箱外部。溢流管道截面形狀設(shè)計為非圓形，與大氣實(shí)時暢通，管道口在任何情況下都不允許堵塞；管道截面對應(yīng)邊尺寸管道下游大于或等于管道上游（≥，≥）；溢流下游截面積大于或等于上游截面積（≥）；溢流管道方向只能改變一次，角度小于或等于90 °。

溢流管道有2種方式：1） 水平式溢流，原理示意如圖5所示，≤5；＞2+且不小于20 mm；≥10。 2） 信箱式溢流，原理示意如圖6所示，≤5，＞2+且不小于20 mm；≥10h。

圖5 水平式溢流原理示意圖

圖6 信箱式溢流原理示意圖

當(dāng)智能坐便器溢流管道出水口位于馬桶表面時，在異常情況下，水直接溢流在馬桶表面。為避免出現(xiàn)該現(xiàn)象，可在水箱內(nèi)部溢流口最低溢流水位與水箱正常工作上液位增加輔助引流技術(shù)溢流口，技術(shù)溢流口可接管引流到陶瓷鍋里，即使在異常條件下水箱發(fā)生溢流，水也優(yōu)先從技術(shù)溢流口流到陶瓷鍋里，避免溢流在陶瓷表面。

水箱的上部還設(shè)計了1個補(bǔ)氣口，當(dāng)水箱進(jìn)水口產(chǎn)生虹吸時，存在空氣壓力差，補(bǔ)氣口可及時給水箱內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)氣，有效防止因水箱內(nèi)部存水被虹吸回進(jìn)水口而污染上游飲用水系統(tǒng)。補(bǔ)氣口可以設(shè)在水箱的頂壁處，也可以設(shè)在水箱上部的側(cè)壁中；補(bǔ)氣口為開放式結(jié)構(gòu)，與大氣相連。補(bǔ)氣口同時滿足負(fù)壓防倒流測試要求。

水箱內(nèi)部設(shè)計了上液位探針感應(yīng)、下液位感應(yīng)器以及1個公共端探針感應(yīng)器；水箱外部設(shè)計了控制電路，控制電路的輸入分別與上液位探針感應(yīng)器、下液位探針感應(yīng)器以及公共端探針感應(yīng)器相連；上液位探針感應(yīng)器和下液位探針感應(yīng)器分別向控制電路輸出水箱內(nèi)上、下液位狀態(tài)信號，控制電路的輸出接電磁閥，控制電路向電磁閥輸出通或斷的控制信號，電磁閥執(zhí)行打開或關(guān)閉動作，控制水箱進(jìn)行補(bǔ)水。

根據(jù)歐洲認(rèn)證機(jī)構(gòu)要求，從水箱內(nèi)部進(jìn)水口（包括防濺板）到智能坐便器的進(jìn)水接頭的水路零件以及與飲用水接觸的有機(jī)物材料零件（塑料件、橡膠件等）須有KTW證書和W270證書或DVGW證書（KTW認(rèn)證是指德國飲用水行業(yè)非金屬部件的檢測試驗(yàn)，對與飲用水接觸的有機(jī)材料的衛(wèi)生評估和測試，例如水的氣味、味道和顏色測試。W270認(rèn)證是指對與飲用水接觸的有機(jī)材料的微生物測試評估，即微生物繁殖數(shù)量測試。DVGW認(rèn)證是指德國煤氣與水工業(yè)協(xié)會（公共衛(wèi)生部門）制定的認(rèn)證。對飲用水有關(guān)的產(chǎn)品認(rèn)證需要滿足KTW和W270的要求）。

2.3 水路系統(tǒng)設(shè)計與控制

根據(jù)AB型水箱特點(diǎn)，智能坐便器水路設(shè)計順序原理圖如下：電磁閥→防虹吸水箱→水泵→加熱模塊→換向閥→沖洗模塊。

防虹吸型水箱進(jìn)水通過電磁閥控制，該電磁閥的進(jìn)口端接飲用水，電磁閥出口端與水箱的進(jìn)水口相連。水箱的出水端與水泵相連，通過水泵驅(qū)動抽出水箱里的水，并傳送給加熱模塊，水流經(jīng)加熱模塊加熱后，再經(jīng)過換向閥，最后通過沖洗模塊對人體進(jìn)行清洗。

智能坐便器發(fā)出沖洗信號后，該沖洗信號進(jìn)入控制電路，控制電路接收沖洗指令，上液位探針和下液位探針感應(yīng)器檢測水位情況，在下液位探針感應(yīng)器檢測到水位符合要求后，將信號發(fā)送給控制電路，控制電路向水泵發(fā)送控制命令，水泵啟動抽水。在下液位感應(yīng)器檢測到水位不符合要求后，反饋給控制電路，控制電路向電磁閥發(fā)送控制命令，控制電磁閥開啟向水箱內(nèi)補(bǔ)水，經(jīng)補(bǔ)水下液位探針感應(yīng)器檢測到水位符合要求后，再將信號反饋給控制電路，控制電路向水泵發(fā)送控制命令，水泵啟動抽水，在上液位探針感應(yīng)器檢測到水位不符合要求后，將信號反饋給控制電路，控制電路向電磁閥發(fā)送控制命令，電磁閥繼續(xù)開啟補(bǔ)水。在上液位感應(yīng)器檢測到水位符合要求后，將信號反饋給控制電路，控制電路向電磁閥發(fā)送控制命令，電控電磁閥關(guān)閉，停止補(bǔ)水。此時，水泵繼續(xù)抽水，水位會下降，當(dāng)水位下降到下液位探針感應(yīng)器作用時，反饋給控制電路，控制電路向電磁閥發(fā)送控制指令，指令電磁閥開啟向水箱內(nèi)補(bǔ)水，在上液位器檢測到水位符合要求后，將信號反饋給控制電路，控制電路向電磁閥發(fā)送控制命令，電磁閥關(guān)閉，停止補(bǔ)水。這樣循環(huán)下去，直到外部發(fā)出停止沖洗指令或達(dá)到控制程序預(yù)設(shè)的沖洗時間設(shè)定值時，控制電路接收停止沖洗指令，關(guān)閉電磁閥和水泵，結(jié)束沖洗工作。

由上述工作步驟可知，通過液位感應(yīng)器對容器內(nèi)的水位狀態(tài)進(jìn)行感應(yīng)，并將感應(yīng)信號輸給控制電路，由控制電路來控制電磁閥的開啟或關(guān)閉，以控制壓力飲用水向容器內(nèi)進(jìn)水的進(jìn)水量，消除了會使大量多余水從溢流通道排走的弊端，能夠極大地避免對水資源的浪費(fèi)。

2.4 認(rèn)證機(jī)構(gòu)防虹吸測試的要求

測試認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行防虹吸裝置結(jié)構(gòu)驗(yàn)證包括測量值、空氣間隔以及溢流管道結(jié)構(gòu)與尺寸等。

2.4.1 水箱值的測試方法

智能坐便器進(jìn)水口接1000 kPa的水壓，開啟電磁閥進(jìn)水，水泵不工作（出水口不出水）；當(dāng)水箱從溢流管道溢流達(dá)到最高水位時，關(guān)閉電磁閥進(jìn)水，2 s后記錄水箱水位；2 s后的水位與溢流管口部水位的高度差為。

水箱進(jìn)水口形成50 kPa的負(fù)壓，將所有溢流口密封住，當(dāng)水箱水位位于溢流管口部時，觀察是否有水從水箱里倒流進(jìn)水箱的進(jìn)水口，如果有倒流，就說明水箱彌補(bǔ)負(fù)壓的補(bǔ)氣不夠，須加大補(bǔ)氣口徑，確保無倒流回進(jìn)水口。

通過認(rèn)證機(jī)構(gòu)的測試將發(fā)布測試報告。憑測試報告可以申請DVGW認(rèn)證機(jī)構(gòu)證書。獲得DVGW證書就說明在產(chǎn)品水系認(rèn)證方面符合要求，可進(jìn)入歐洲市場進(jìn)行銷售。

3 結(jié)語

由于地區(qū)的差異，歐洲防虹吸水箱裝置的設(shè)計主要還是以對歐洲標(biāo)準(zhǔn)的理解與判斷為基礎(chǔ)，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行測試。因此，在設(shè)計中需要不斷總結(jié)和積累，結(jié)合理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷地優(yōu)化和改進(jìn)防虹吸系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中的性能，提高產(chǎn)品的競爭力。